關(guān)鍵技術(shù)突破推動我國SNSPD科研邁向產(chǎn)業(yè)化

　　就在我國SNSPD從無到有，實現(xiàn)國內(nèi)自主可控的同時，國際上單光子探測器技術(shù)水平也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我國量子信息領(lǐng)域的快速發(fā)展也對SNSPD探測效率提出了更高需求。

　　尤立星介紹，2013年，美國采用硅化鎢（WSi）材料研發(fā)的SNSPD探測效率最高可達(dá)93%，而我國當(dāng)時采用氮化鈮（NbN）材料制備的SNSPD探測效率只有4%。“WSi材料制備的器件需要比NbN更低的工作溫度，因此低溫制冷裝備的成本也要成倍地增加。”尤立星團(tuán)隊堅持在利用NbN材料開展SNSPD研發(fā)的方向上繼續(xù)前進(jìn)。經(jīng)過4年左右的鉆研，2016年，團(tuán)隊終于在國際上率先實現(xiàn)NbN SNSPD器件在光纖通信1550納米波長的探測效率超過90%，并持續(xù)保持NbN SNSPD器件效率世界紀(jì)錄。

　　“背景暗計數(shù)抑制是降低探測系統(tǒng)噪聲的關(guān)鍵。”尤立星講到，所謂暗計數(shù)就是噪聲，噪聲越低，系統(tǒng)信噪比就越高。當(dāng)時國外也有一些降低噪聲的方法，但是這些方法同時也減弱了信號。“就像化療在殺死癌細(xì)胞的同時也殺死了健康細(xì)胞。”團(tuán)隊對噪聲的起源進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，與芯片相連光纖的黑體輻射是背景噪聲的主要來源。在此基礎(chǔ)上，他們研發(fā)出片上集成低溫濾波器和光纖端面低溫濾波器兩種暗計數(shù)抑制關(guān)鍵技術(shù)。

　　“新方法極大降低了殺死正常細(xì)胞的概率，專殺‘癌細(xì)胞’，是一種靶向治療。”尤立星這樣比喻。據(jù)悉，采用該方法的超低暗計數(shù)SNSPD系統(tǒng)探測效率可以在暗計數(shù)1赫茲條件下達(dá)到80%，居國際領(lǐng)先水平。目前該技術(shù)已獲得了中、美、日三國專利授權(quán)。

　　在我國高性能SNSPD器件技術(shù)不斷前進(jìn)的過程中，潘建偉團(tuán)隊先后創(chuàng)造了404公里可抵御黑客攻擊的光纖量子密鑰分發(fā)、量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器等多項國際領(lǐng)先的成果，量子密鑰分發(fā)成果還入選“兩院院士評選2014年中國十大科技進(jìn)展新聞”。2015年，潘建偉再次提供用戶證明：“上海微系統(tǒng)所研發(fā)的SNSPD系統(tǒng)徹底解決了我國高性能SNSPD技術(shù)的有無問題，性能指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，為我國量子信息領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。”

　　SNSPD在效率等性能上的絕對優(yōu)勢能夠推動其在量子通信、光量子計算、激光雷達(dá)、深空通信等多個領(lǐng)域拓展應(yīng)用。在中科院新時期“面向國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場”的辦院方針以及國家“雙創(chuàng)”政策鼓勵下，上海微系統(tǒng)所孵化成立了小型高科技公司，開展SNSPD技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化運作。尤立星表示，目的是要解決國家的應(yīng)用需求，通過市場化方式實現(xiàn)高科技的自我生存和技術(shù)迭代，在科研與產(chǎn)業(yè)之間搭建一座橋梁。（侯樹文 王 春）